Concepto
La luz es una onda electromagnética compuesta por diminutas partículas llamadas Fotones y que nos permite visualizar todo lo que nos rodea aportando color y sentido a la vista.
Fotones de baja y alta energía.
Es la parte de la radiación
electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. En física, el
término luz se usa en un sentido más amplio e incluye todo el campo de la
radiación conocido como espectro electromagnético. Al igual que el sonido, la
luz se propaga mediante un movimiento ondulatorio. Pero ambas ondas tienen
diferentes magnitudes características y son de distinto tipo.
La luz en una onda de tipo transversal
que se puede propagar en el vacío, donde alcanza una velocidad máxima
aproximada de:
Características de la luz:
Propagación rectilínea de la luz
La línea recta de propagación de la luz se denomina rayo luminoso. se utilizan líneas rectas para representar las ondas luminosas y explicar la existencia de sombras, penumbras y eclipses. Si colocamos delante de un foco luminoso extenso (la luz de una linterna) un cuerpo opaco, observamos que detrás de él aparecen:- Zonas donde no llega ningún rayo de luz (zona de sombra).
- Otras donde llegan solamente algunos rayos de luz (zona de penumbra).
- Otras donde llegan todos los rayos de luz (zona iluminada).
Sabías que el... color de un objeto depende de la luz que
refleja. Si vemos un objeto rojo es porque absorbe todos los colores menos el
rojo, que refleja. Frente a la luz blanca los objetos se conforma se comportan
de forma distinta:
- Los que reflejan todos los colores son de color blanco.
- Los que absorben todos los colores son de color negro.
- Los que absorben todos los colores menos uno tendrán el mismo color que la luz que reflejan.
El espectro electromagnético
Se denomina espectro electromagnético a la distribución
energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se
denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación
electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de
absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia
de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar
mediante espectroscopios que, además de permitir ver el espectro, permiten
realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y
la intensidad de la radiación.
El espectro electromagnético se extiende desde la radiación
de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la
luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas
electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se
cree que el límite para la longitud de onda más pequeña posible es la longitud
de Planck mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo aunque
formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo.
Diagrama del espectro electromagnético, mostrando el tipo,
longitud de onda con ejemplos, frecuencia y temperatura de emisión de cuerpo
negro.
Bandas del espectro electromagnético
Para
su estudio, el espectro electromagnético se divide en segmentos o bandas,
aunque esta división es inexacta. Existen ondas que tienen una frecuencia, pero
varios usos, por lo que algunas frecuencias pueden quedar en ocasiones
incluidas en dos rangos.
| Banda | Longitud de onda (m) | Frecuencia (Hz) | Energía (J) |
|---|---|---|---|
| Rayos gamma | < 10x10−12m | > 30,0x1018Hz | > 20·10−15 J |
| Rayos X | < 10x10−9m | > 30,0x1015Hz | > 20·10−18 J |
| Ultravioleta extremo | < 200x10−9m | > 1,5x1015Hz | > 993·10−21 J |
| Ultravioleta cercano | < 380x10−9m | > 7,89x1014Hz | > 523·10−21 J |
| Luz Visible | < 780x10−9m | > 384x1012Hz | > 255·10−21 J |
| Infrarrojo cercano | < 2,5x10−6m | > 120x1012Hz | > 79·10−21 J |
| Infrarrojo medio | < 50x10−6m | > 6,00x1012Hz | > 4·10−21 J |
| Infrarrojo lejano/submilimétrico | < 1x10−3m | > 300x109Hz | > 200·10−24 J |
| Microondas | < 10−2m | > 3x108Hzn. 1 | > 2·10−24 J |
| Ultra Alta Frecuencia - Radio | < 1 m | > 300x106Hz | > 19.8·10−26 J |
| Muy Alta Frecuencia - Radio | < 10 m | > 30x106Hz | > 19.8·10−28 J |
| Onda Corta - Radio | < 180 m | > 1,7x106Hz | > 11.22·10−28 J |
| Onda Media - Radio | < 650 m | > 650x103Hz | > 42.9·10−29 J |
| Onda Larga - Radio | < 10x103m | > 30x103Hz | > 19.8·10−30 J |
| Muy Baja Frecuencia - Radio | > 10x103m | < 30x103Hz | < 19.8·10−30 J |
El espectro visible
Isaac Newton, en el siglo XVIII, descubrió que al atravesar un haz de luz blanca por un prisma óptico de divide en una banda luminosa multicolor (que va del rojo al violeta) denominada espectro visible. Un fenómeno parecido se produce cuando observamos el arco iris.
Se llama espectro visible a la región del espectro
electromagnético que el ojo humano es capaz de percibir. A la radiación
electromagnética en este rango de longitudes de onda se le llama luz visible o
simplemente luz. No hay límites exactos en el espectro visible: un típico ojo
humano responderá a longitudes de onda de 400 a 700 nm, aunque algunas personas
pueden ser capaces de percibir longitudes de onda desde 380 hasta 780 nm. Los
arcoíris son un ejemplo de refracción del espectro visible.
La correspondiente longitud de onda en el agua y en otros
medios está reducida por un factor igual al índice de refracción. En términos
de frecuencia, ésta corresponde a una banda en el campo de valores entre 450 y
750 terahercios. Un ojo adaptado a la luz generalmente tiene como máxima
sensibilidad un valor de 555 nm, en la región verde del espectro visible. El
espectro sin embargo no contiene todos los colores que los ojos humanos y el
cerebro puedan distinguir; marrón, rosado y magenta están ausentes, por
ejemplo, porque se necesita la mezcla de múltiples longitudes de onda.
Descomposición de la luz por medio de un prisma.
Propagación de la luz
Los fenómenos más importantes que experimentan las ondas de luz en su propagación son la reflexión y la refracción.
Una de las propiedades de la luz más evidentes a simple
vista es que se propaga en línea recta. Lo podemos ver, por ejemplo, en la
propagación de un rayo de luz a través de ambientes polvorientos o de
atmósferas saturadas. La óptica geométrica parte de esta premisa para predecir
la posición de la luz, en un determinado momento, a lo largo de su transmisión.
De la propagación de la luz y su encuentro con objetos
surgen las sombras. Si interponemos un cuerpo opaco en el camino de la luz y a
continuación una pantalla, obtendremos sobre ella la sombra del cuerpo. Si el
origen de la luz o foco se encuentra lejos del cuerpo, de tal forma que,
relativamente, sea más pequeño que el cuerpo, se producirá una sombra definida.
Si se acerca el foco al cuerpo surgirá una sombra en la que se distinguen una
región más clara denominada penumbra y otra más oscura denominada umbra.
Sin embargo, la luz
no siempre se propaga en línea recta. Cuando la luz atraviesa un obstáculo
puntiagudo o una abertura estrecha, el rayo se curva ligeramente. Este
fenómeno, denominado difracción, es el responsable de que al mirar a través de
un agujero muy pequeño todo se vea distorsionado o de que los telescopios y
microscopios tengan un número de aumentos máximo.
La absorción de la luz
Cuando una onda atraviesa un medio, una parte de la energía
que lleva es absorbida por las partículas presentes en dicho medio. Así, la
onda va atenuándose a medida que se propaga. En física, la absorción de la
radiación electromagnética es el proceso por el cual dicha radiación es captada
por la materia. Cuando la absorción se produce dentro del rango de la luz
visible, recibe el nombre de absorción óptica. Esta radiación, al ser absorbida,
puede, bien ser reemitida o bien transformarse en otro tipo de energía, como
calor o energía eléctrica.
Por esto un sonido se escucha con una intensidad menor
cuanto más nos alejamos de la Fuente Sonora. Otros ejemplos de absorción son
las ondas que se propagan por un estanque. A medida que nos separamos del punto
de partida de la onda de las oscilaciones son menos visibles, hasta que llegan
a desaparecer, a menudo incluso antes de alcanzar el borde.
La disminución de intensidad es proporcional a:
- El espesor de la sustancia
- La intensidad de la onda incidente
- Las características del medio, englobadas en una constante a (coeficiente de absorción). El coeficiente de absorción a se define como la disminución relativa de la intensidad de la onda por una unidad de longitud que recorre en el medio atravesado.
Una parte de la luz no logra atravesar las vidrieras; es absorbida por estas.
La difracción de la luz
En física, la difracción es un fenómeno característico de
las ondas que se basa en la desviación de estas al encontrar un obstáculo o al
atravesar una rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas
sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la
luz visible y las ondas de radio. También sucede cuando un grupo de ondas de
tamaño finito se propaga; por ejemplo, por causa de la difracción, el haz
colimado de ondas de luz de un láser debe finalmente divergir en un rayo más
amplio a una cierta distancia del emisor.
Teoría
La difracción puede ser entendida a nivel fenomenológico
usando el principio de Huygens, según el cual un frente de onda se puede
visualizar como una sucesión de emisores puntuales, que reemiten la onda al
oscilar en respuesta a ella y contribuyen así a su propagación. Aunque cada
oscilador individual genera una onda esférica, la interferencia de todas ellas
da lugar a una onda plana que viaja en la misma dirección que la onda inicial.
Cuando el frente de onda encuentra un obstáculo los emisores correspondientes
al extremo del frente de onda obstruido no tienen otros emisores que
interfieran con las ondas que ellos generan, y estas se aproximan a ondas
esféricas o cilíndricas. Como consecuencia, al adoptar el frente de onda una
forma redondeada en donde fue recortado, la dirección de propagación de la onda
cambia, girando hacia el obstáculo. Se suele decir que la onda
"dobla" las esquinas.
Las dispersión de la luz
La luz procedente de una estrella, conocida como luz blanca,
es una superposición de luces de diferentes colores, las cuales presentan una
longitud de onda y una frecuencia específicas. La dispersión de la luz es un
fenómeno que se produce cuando un rayo de luz blanca atraviesa un medio
transparente (por ejemplo un prisma) y se refracta, mostrando a la salida de
éste los respectivos colores que la constituyen.
La dispersión tiene su origen en una disminución en la
velocidad de propagación de la luz cuando atraviesa el medio. Debido a que el
material absorbe y reemite la luz cuya frecuencia es cercana a la frecuencia de
oscilación natural de los electrones que están presentes en él, ésta luz se
propaga un poco más despacio en comparación a luz de frecuencias distintas.
Estas variaciones en la velocidad de propagación dependen del índice de
refracción del material y hacen que la luz, para frecuencias diferentes, se
refracte de manera diferente. En el caso de una doble refracción (como sucede
en el prisma) se distinguen entonces de manera organizada los colores que
componen la luz blanca: la desviación es progresiva, siendo mayor para
frecuencias mayores (menores longitudes de onda); por lo tanto, la luz roja es
desviada de su trayectoria original en menor medida que la luz azul.
Dispersión de la luz en dos prismas de distinto material.
los rayos de luz, al atravesar las gotas de agua, se dispersan separándose en los distintos colores, desde el rojo hasta el violeta, que forman el arco iris.
Naturaleza de la luz, vídeos:
Aquí se muestran algunos vídeos que según considero explican la naturaleza de la luz, espero los disfrutes!.
La naturaleza de la luz
¿QUÉ ES LA LUZ? NATURALEZA DE LA LUZ
LUZ: naturaleza y propiedades
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